极薄矿脉主要的开采方法研究

杨鸿章

（紫金矿业集团股份有限公司，福建 龙岩 364000）

当前我国极薄矿脉开采的主要方法包括全面采矿法、留矿采矿法、壁式充填法三种，相较于国外发达国家采矿方法而言具有较大差距且工作效率低下。因此，如何结合矿区实际情况合理的选择和认知采矿方法是当前极薄矿脉开采研究的重点问题。

结合以上论述，文章首先介绍了极薄矿脉的主要地质特点和基本类型，其次结合国内极薄矿脉的基本开采趋势对相关内容进行了阐述，最后重点围绕全面采矿法、留矿采矿法、壁式充填采矿法三个方法分析了当前我国极薄矿脉开采的应用及革新方向。

1 极薄矿脉工程地质特点

1.1 极薄矿脉的主要矿石及矿床类别

极薄矿脉在我国有色金属矿山中的占比较大，尤其是极薄矿脉中的各类稀有金属矿脉占比最为明显，其中包括钨、钼、锡、锑及金、银等稀有金属占比。据相关统计，截止到目前我国极薄矿脉中的含金石英脉占比较多，而根据极薄矿脉矿石的主要特点可分析以下几个种类。

①按金属种类分类：贵重金属矿石（金，银等）；有色金属矿石（铜，铅，锌等）；黑色金属矿石（铁，锰，铬）；稀有金属（钽，铌等）；放射性矿石（铀，钍等）；②按矿石所含金属成分分类：单一金属矿石；多金属矿石；③按矿石的化学成分分类：自然金属矿石（如自然金，银）；氧化矿石（赤铁矿Fe2O3等）；硫化矿石（黄铜矿CuFeS2）；④金属矿床的矿体形状，厚度及倾角对选择采矿方法有直接影响，根据这三个因素进行分类。

（1）按矿体形状分类：

层状矿床：多为沉积或变质沉积矿床，规模大，赋存条件稳定，有用矿物成分组成稳定，含量均匀。多见于黑色金属（铁、锰、铬）矿床。

脉状矿床：主要由热液和气化作用，矿物充填于地壳裂隙中、特点是有围岩蚀变现象，赋存条件不稳定，有用成分不均匀、有色金属，稀有金属及贵重金属矿床多为此类。

块状矿床：主要是充填、接触交代、分离和气化作用形成，某些有色金属矿床(铜、铅、锌等)属此类。

（2）按矿体倾角分类：

水平和微倾斜矿床：倾角＜5°。

缓倾斜矿床：倾角5°～30°。

倾斜矿床：倾角30°～55°。

急倾斜矿床：＞55°。

1.2 极薄矿脉的地质赋存特点

在地质成因上，极薄矿多为气化热液矿床，岩浆中的热液含有许多有益组分，沿着围岩裂隙上升，逐渐冷却充填在裂隙中，或与围岩发生交代作用而形成的矿床。其成矿热液的来源主要为岩浆热液和地下水热液，大部分受充填和交代等地质作用。

从矿脉群的倾斜角度和矿层厚度通常情况下有以下规律：勘查发现最多矿脉为极薄矿脉，第二多的矿脉为薄矿脉，出现最少的矿脉为厚矿脉；急倾斜矿脉数量急剧增加，缓倾斜矿脉数量较少，矿脉的这一规律对开采区的开采工作造成一定影响，在相同开采区域进行开采工作要实行分段开采，必要时需采用两种以上的采矿方法。

2 国内极薄矿脉开采趋势

国内极薄矿脉的采矿法可分为两大类，即分采（矿石与围岩分开进行开采）、混采（矿石与围岩一起开采）。分采的目的是降低采矿的贫化率，在对极薄矿脉进行开采时我们主要以削壁充填为主，在急倾斜极薄矿脉开采中的占比为三分之一。混采可以做到简化采矿工艺，采矿强度得到大幅度提高。留矿法是极薄矿脉混采的主要方法，在常规开采中的占有率为一半以上。

在我国大部分企业中留矿法的应用较为广泛，最根本的原因是工作人员能够轻松掌握操作技巧、利于管理。留矿堆可以对顶板进行有效支撑，所消耗的成本较小。为了提升地下资源的利用率，实现经济效益最大化，部分矿企用其他材料替代矿柱，改进普通留矿法。而留矿法有三个必需的适用条件即：三个适用条件：矿石和围岩稳固、矿石无自燃性且破碎后不易再行结块、薄及中厚以下的急倾斜脉状矿床。

在一部分小型矿企开采作业时，采矿作业持续向深部推进，受地质条件的限制，留矿作业效果不佳。从我国的实际采矿技术出发，一些矿山改变了采掘方法，应用到了削壁充填法。针对缓倾斜薄矿体和缓倾斜极薄矿体进行开采作业过程中，受到崩落条件的限制，单层充填法的优势就凸显出来，其最大的优点为贫化率低、开采出矿产资源的回收率较高。

3 我国极薄矿脉主要开采方式

3.1 主要方法论述

现阶段，削壁充填法在应用过程中存在一定缺陷，如工作量大、采矿强度低、采矿效率低等。智能化采矿设备出现已经将一些小型出矿设备淘汰。新设备最为突出的优势是设备体积小、内部结构不复杂，设备出现故障时可快速维修好，设备内所用零部件已经实现了国产化，所以微型电耙智能开采设备更适用于中小型的矿山开采作业中。

特定条件下，极薄矿脉的开采作业中可以将削壁充填法和留矿采矿法配合应用，两种方法的结合使用可将部分矿石放置在采空区，当需要大量放矿时，将采出的部分围岩和矿石放出。利用矿石的自重进行放矿，在一定程度上节约了采矿成本，另外也减少了削壁厚度，废石的运输量得到了降低。

我国极薄矿脉规模较小、地质赋存条件较差，矿体多为倾斜至急倾斜。随着社会发展、技术进步、工艺提高，极薄矿脉开采由浅眼留矿法逐渐向充填法演变。所以，我国提倡使用损失贫化率低的充填采矿法。

3.2 案例阐述

试验对象为赤峰市红花沟金矿。该矿山是一座地质资源危机矿山，地质资源少，生产非常紧张，既要开展试验研究，又要配合生产。该矿山所开采的为含金黄铁矿的石英脉类型。矿体倾角70°。矿石硬度系数f=10～12。由于近矿围岩蚀变作用，加之走向断层和矿脉上、下盘的节理都较发育，易于冒落。

矿块平均长度54.7m，高38m，矿脉平均厚度0.97m，矿石量7342t地质平均品位19.959×10-6，金属量530.146kg。矿石密度2.80t/m3，围岩密度2.62t/m3，矿岩松散系数1.5。4中段矿体长38m，5中段矿体长71m，矿体最大水平厚度2.95m，最小0.2m。设计分层回采高度1.8m，采场保持最小控顶距2.0m，脉幅小于1.4m时，采幅1.4m。出矿后相应根据矿脉变化情况而架设金属溜井和接高两侧顺路行人天井。从技术指标看，矿块生产能力比过去提高1.85倍；采矿工效提高2.92倍；全队工效提高2.26倍；充填工效提高为4.68倍。采矿损失贫化指标也优于常规采场。中国黄金总公司在赤峰市红花沟金矿进行机械化开采试验的主要技术经济指标如下：

矿块生产能力/(t/d)：机械化开采为：87.24；人工出矿：30.60。

采矿台效/(t/台班)：机械化开采为：87.24；人工出矿：60.60。

采矿功效/(t/工班)：机械化开采为：10.91；人工出矿：2.78。

全队工效/(t/工班)：机械化开采为：6.23；人工出矿：1.91。

充填工效/(m3/工班)：机械化开采为：16.82；人工出矿 ：2.96。

充采比/(t/t)：机械化开采为：0.58；人工出矿：0.67。

采准比/(m/kt)：机械化开采为：5.92；人工出矿：4.00。

采矿损失率/%：机械化开采为：0.22；人工出矿：0.67。

矿石贫化率/%：机械化开采为：33.97；人工出矿：42.50。

出矿效率/(t/h)：机械化开采为：14.54。

充填效率/(m3/工班)：机械化开采为：50.46。

充填效率/(m3/h)：机械化开采为：8.41。

直接成本/(元/t)：机械化开采为：3.27；人工出矿：4.68。

从采矿所消耗的直接成本来分析，运用铲运机进行采矿，能够控制溜井数量，未用铲运机之前的费用为1.02元/t，使用铲运机支付费用为0.31元/t。但采矿所消耗的定额材料、电缆消耗量有所上升，增加成本为0.2元/t。经过综合评价，应用铲运机可达到降低人力投入，提高采矿效率的目的，未来中小型矿企在进行采场出矿及充填作业时，铲运机应用会得到普及。

该试验的强化开采方案，其主要特点是，采准方式简单、新颖、使全矿脉实现了无矿柱开采，提高了矿石回采率。试验研究方案所获的技术经济指标，仍达到国内先进水平，为我国同类型黄金矿山提供了经验，具有广泛推广应用的前景。

总之，现阶段我国极薄矿脉开采技术相较于国外依旧不成熟，迫切的需要结合实际情况进行总体转变，在矿脉开采中必须要注重安全技术与机械化技术的同步融合，既要强调矿业生产的机械化运行水平，也要强化和选择适合矿体开采条件的采矿方案，更要结合不同矿区的实际情况，选择和创造实用的采矿方法，满足我国广大矿区生产需要。